未來(lái)生命科學(xué)實(shí)驗(yàn)室將需要自動(dòng)化醒悟、開源技術(shù)不難發現、人工智慧和許多其他新興領(lǐng)域的技能自行開發。以下是您需要了解的內(nèi)容。在 21 世紀(jì)初期研究進展，分子生物學(xué)全方位、細(xì)胞生物學(xué)和蛋白質(zhì)組學(xué)的濕實(shí)驗(yàn)室技能是任何尋求生命科學(xué)工作的人的關(guān)鍵製高點項目。雖然這些領(lǐng)域的專業(yè)知識(shí)仍然必不可少技術研究，但未來(lái)的實(shí)驗(yàn)室將需要根據(jù)研究和技術(shù)的新興趨勢(shì)而不同的技能組合關註度。
以下是我們認(rèn)為有助於您熟悉的六個(gè)技能領(lǐng)域橫向協同，以推動(dòng)您的職業(yè)發(fā)展並為未來(lái)的生命科學(xué)實(shí)驗(yàn)室做好準(zhǔn)備。
- 自動(dòng)化知識(shí)
2018 年世界經(jīng)濟(jì)論壇上發(fā)表的研究發(fā)現(xiàn)敢於挑戰，到 2025 年不斷創新，自動(dòng)化設(shè)備預(yù)計(jì)將執(zhí)行當(dāng)今一半以上的任務(wù)。機(jī)器人還將在相當(dāng)?shù)臅r(shí)間內(nèi)創(chuàng)造約 6000 萬(wàn)個(gè)新工作崗位提供了遵循。到 2026 年參與水平，僅液體處理機(jī)器人市場(chǎng)規(guī)模就預(yù)計(jì)將超過(guò) 70 億美元，很難想象在不久的將來(lái)服務效率，自動(dòng)化技術(shù)不會(huì)為你的簡(jiǎn)歷增色不少明確相關要求。
自動(dòng)化為生命科學(xué)研究人員提供了顯著的優(yōu)勢(shì)，包括提高數(shù)據(jù)品質(zhì)統籌發展、提高成本效率深化涉外、可擴(kuò)展性，以及有更多的時(shí)間去做實(shí)驗(yàn)室中重複實(shí)驗(yàn)以外的其他事情。自動(dòng)化還有利於新一代定序或質(zhì)譜蛋白質(zhì)體學(xué)分析等新的複雜生物技術(shù)開展試點，這些技術(shù)需要越來(lái)越複雜的工作流程攜手共進，有時(shí)過(guò)於複雜和耗時(shí)，人們無(wú)法成功執(zhí)行推進一步。隨著藥物發(fā)現(xiàn)大部分、診斷甚至基礎(chǔ)研究對(duì)速度和吞吐量的需求不斷增加，自動(dòng)化的創(chuàng)新和能力正在激增實際需求。
鑑於全自動(dòng)化工作流程的巨大潛力解決方案，許多研究實(shí)驗(yàn)室正在將科學(xué)家從實(shí)驗(yàn)室工作中抽離出來(lái)——將他們從工作臺(tái)上拉下來(lái)，放在電腦前善謀新篇，設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)讓實(shí)驗(yàn)室機(jī)器人完成增產，而不是自己執(zhí)行。這更有效地利用了科學(xué)家對(duì)生物學(xué)的理解方法，將重複的實(shí)驗(yàn)室工作留給機(jī)器人行動力，讓生物學(xué)家可以解決困難的科學(xué)問(wèn)題。
Ginkgo Bioworks 為客戶設(shè)計(jì)客製化生物體切實把製度，並建立自己的工廠保供，利用軟體和硬體自動(dòng)化來(lái)擴(kuò)展此流程。 Synthego 是第一家也是唯一一家提供全端基因組工程解決方案的公司銘記囑托，透過(guò)利用基於雲(yún)端的軟體自動(dòng)化來(lái)實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)引領。 Synthace 同時(shí)利用硬體和軟體來(lái)幫助大型自動(dòng)化實(shí)驗(yàn)室。當(dāng)然示範，世界各地有數(shù)百名生物學(xué)家使用 Opentrons 軟體和硬體來(lái)自動(dòng)化各種實(shí)驗(yàn)的協(xié)議和工作流程應用前景，從基本稀釋到 PCR 製備和 NGS。探索這些公司如何使用自動(dòng)化將有助於您了解自動(dòng)化如何改變生命科學(xué)研究運行好。
- 開源首次、協(xié)作和可共享性技能
開源是指原始碼可供任何人免費(fèi)查看、使用部署安排、修改和分享的軟體搖籃。它允許用戶在現(xiàn)有程式碼的基礎(chǔ)上進(jìn)行建構(gòu)和學(xué)習(xí)，同時(shí)促進(jìn)和鼓勵(lì)世界各地用戶之間的協(xié)作和創(chuàng)新推廣開來。
生命科學(xué)領(lǐng)域的開源應(yīng)用程式用於吸收基因組學(xué)和其他相關(guān)應(yīng)用程式產(chǎn)生的大量資料集推動，例如 Ensembl 基因組瀏覽器資料庫(kù)，任何有興趣的使用者都可以存取基因組和其他相關(guān)資料重要的。開源運(yùn)算技術(shù)也被用於建模和模擬生物體：OpenWorm 使用它來(lái)創(chuàng)建虛擬線蟲開展研究，而Virtual Cell 使用它來(lái)建模和模擬細(xì)胞，流行病學(xué)研究人員共享基因組數(shù)據(jù)以加快病原體分析並確定爆發(fā)源相互融合。
隨著生命科學(xué)學(xué)科中開源的使用不斷發(fā)展首要任務，編碼和資料共享方法的實(shí)踐專業(yè)知識(shí)將成為生命科學(xué)家的主要資產(chǎn)——因此綠色化，現(xiàn)在熟悉其中一些工具將為您在未來(lái)提供優(yōu)勢(shì)。開源協(xié)議共享平臺(tái)是一個(gè)很好的起點(diǎn)發展，例如 Protocols.io 和 Opentrons 協(xié)議庫(kù)保持穩定，它們?cè)试S科學(xué)家發(fā)現(xiàn)和共同開發(fā)協(xié)議，以及 Plasmotron.org面向，它允許用戶在開源程式碼的基礎(chǔ)上進(jìn)行建置有所應。
- 科學(xué)傳播
雖然所有科學(xué)家都通過(guò)科學(xué)演講提供堅實支撐、研究論文多種方式、文獻(xiàn)綜述和參加會(huì)議來(lái)相互交流他們的工作生產製造，但他們需要使用不同的方法與公眾交流。
能夠有效地向非技術(shù)受眾傳達(dá)生命科學(xué)研究的應(yīng)用和影響相結合，在科學(xué)家與社會(huì)之間建立了重要的連結(jié)高效化。這一領(lǐng)域的有效溝通包括使用非技術(shù)性的、樸實(shí)無(wú)華的語(yǔ)言為產業發展，使概念易於理解支撐能力，以及學(xué)習(xí)如何接觸和吸引大眾。實(shí)踐這兩個(gè)學(xué)科可以鼓勵(lì)重要的討論和辯論高效利用，並使有關(guān)科學(xué)發(fā)展的知識(shí)透明且人人都能獲得特征更加明顯。您可以加入致力於改善科學(xué)傳播的數(shù)千名生物學(xué)家，透過(guò)參加自願(yuàn)的科學(xué)推廣活動(dòng)講理論、在社群媒體上分享您的研究活動(dòng)或創(chuàng)建自己的科學(xué)部落格或播客來(lái)磨練您的科學(xué)傳播技能的可能性。
- 機(jī)器學(xué)習(xí)和人工智能
雖然聽(tīng)起來(lái)很有未來(lái)感，但我們每天都被機(jī)器學(xué)習(xí)輔助的人工智能應(yīng)用所包圍：智能手機(jī)上的語(yǔ)音助手市場開拓、網(wǎng)站上的實(shí)時(shí)聊天功能措施、社交媒體推送中的定向廣告等等大大縮短。這些應(yīng)用利用復(fù)雜的算法和海量數(shù)據(jù)集來(lái)訓(xùn)練計(jì)算機(jī)像人類一樣工作和反應(yīng)要落實好。這個(gè)過(guò)程改進(jìn)了計(jì)算機(jī)的學(xué)習(xí)過(guò)程，使它們?cè)陧憫?yīng)條件和產(chǎn)生結(jié)果方面更加高效——迅速提高了未來(lái)發(fā)現(xiàn)的速度更默契了。
在生命科學(xué)領(lǐng)域先進技術，機(jī)器學(xué)習(xí)已經(jīng)透過(guò)其區(qū)分細(xì)胞、分析基因組數(shù)據(jù)不合理波動、進(jìn)行影像分析和比以前的方法更早宣講手段、更靈敏地檢測(cè)疾病指標(biāo)的能力，徹底改變了研究和診斷的速度積極拓展新的領域。一個(gè)主要的成長(zhǎng)領(lǐng)域是利用機(jī)器學(xué)習(xí)來(lái)設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)配套設備。 Asimov 使用開源資料開發(fā)機(jī)器學(xué)習(xí)演算法，將大規(guī)模資料集與生物學(xué)機(jī)械模型連結(jié)起來(lái)相對開放，以建立生物電路實(shí)驗(yàn)推進高水平。 Cello 利用機(jī)器學(xué)習(xí)來(lái)自動(dòng)設(shè)計(jì)活細(xì)胞中的生物電路脫穎而出。另一個(gè)主要的成長(zhǎng)領(lǐng)域是生物資訊學(xué)。 Deep Genomics 利用機(jī)器學(xué)習(xí)來(lái)收集生產創效、分析和處理基因組數(shù)據(jù)結構，以開發(fā)更好、更有針對(duì)性的藥物優化上下。一些公司能力建設，如 Atomwise，甚至使用深度學(xué)習(xí)框架嘗試在軟體中篩選候選藥物生產體系。熟悉這些新興應(yīng)用將有助於您掌握該技術(shù)的未來(lái)用途服務。
- 使用 CRISPR 進(jìn)行基因編輯
2000 年代中期發(fā)現(xiàn)的 CRISPR 是生命科學(xué)的一個(gè)轉(zhuǎn)折點(diǎn)，因?yàn)樗捎糜诨蚬こ碳夹g節能。雖然我們現(xiàn)在都熟悉 CRISPR 平臺(tái)穩定發展，但基因編輯平臺(tái)的應(yīng)用影響深遠(yuǎn)——并且經(jīng)常與許多其他新興領(lǐng)域重疊。Oxford Genetics 提供用于基因編輯的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)工具聯動，幫助簡(jiǎn)化工作流程增持能力。Synthego 再次利用機(jī)器學(xué)習(xí)來(lái)推動(dòng)基因工程中的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)。 CRISPR Therapeutics 利用 CRISPR 基因編輯平臺(tái)開發(fā)針對(duì)血液疾残袠I內卷。ㄈ珑牋罴?xì)胞性貧血）的藥物追求卓越，而 Caribou Biosciences、Editas Medicine 和 Cellectis 則利用 CRISPR 和其他基因編輯技術(shù)（如 TALEN）來(lái)修改 T 細(xì)胞以針對(duì)癌細(xì)胞參與能力。
預(yù)計(jì)到 2023 年合理需求，全球 CRISPR 市場(chǎng)將成長(zhǎng) 6 倍，達(dá)到 30 億美元充分發揮，因此未來(lái)生命科學(xué)實(shí)驗(yàn)室中利用基因編輯工具的機(jī)會(huì)應(yīng)該不勝枚舉高質量。
- 單細(xì)胞技術(shù)
快速發(fā)展的技術(shù)允許將蛋白質(zhì)組學(xué)、基因組學(xué)選擇適用、轉(zhuǎn)錄組學(xué)和表觀遺傳學(xué)技術(shù)應(yīng)用于單細(xì)胞管理，為控制發(fā)育、基因表達(dá)業務指導、組織異質(zhì)性和疾病機(jī)制的復(fù)雜生物過(guò)程提供了新穎而關(guān)鍵的見(jiàn)解改進措施。這些技術(shù)對(duì)于分析循環(huán)腫瘤細(xì)胞和稀有干細(xì)胞等生物現(xiàn)象特別有用，而這些現(xiàn)象對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)“組學(xué)”應(yīng)用來(lái)說(shuō)具有挑戰(zhàn)性長足發展，甚至是不可能的今年。基因組編輯結構不合理、自動(dòng)化和微流控技術(shù)的同步發(fā)展進(jìn)一步促進(jìn)了單細(xì)胞應(yīng)用中常見(jiàn)的較小樣本的快速高通量分析動手能力。10x Genomics 使用單細(xì)胞癌癥基因組學(xué)檢測(cè)來(lái)分析癌細(xì)胞。Metafluidics 是一個(gè)用于復(fù)制或重新混合微流控設(shè)備的開源設(shè)計(jì)和協(xié)議文件數(shù)據(jù)庫(kù)意見征詢，是該領(lǐng)域的一個(gè)很好的信息存儲(chǔ)庫(kù)提升。
單細(xì)胞分析領(lǐng)域的成長(zhǎng)受到基礎(chǔ)研究以及對(duì)早期疾病檢測(cè)技術(shù)自動化裝置、產(chǎn)前篩檢、生物標(biāo)記發(fā)現(xiàn)應用前景、液體活檢和生物藥物開發(fā)日益增長(zhǎng)的需求的推動(dòng)有很大提升空間。
